Силы, действующие на звенья механизма

Сила (момент силы), развиваемая двигателем, приложенная к входному звену и направленная в сторону движения, называется движу­щей силой (движущим моментом).

В результате выполнения ведомыми звеньями технологических операций в процессе движения, возникают силы, приложенные к ве­домым звеньям и стремящиеся замедлитьих движение. Эти силы на­зываются силами полезных сопротивлений.

(Например в приводе стрелочного перевода движущий момент создается электродвигателем. Силой полезного сопротивления является сила прижатия остряка к рамному рельсу).

Эти два типа сил являются основными, они определяют харак­тер движения звеньев механизма.

Движущие силы и силы полезных сопротивлений приложены к ме­ханизму из вне. Законих изменения задается режимом работы двигателя и исполнительного органа машины.

На звенья механизма действуют также силы, величина кото­рых зависит от параметров движения самих звеньев. Такими силами являются силы инерции. Существование сил инерции обусловлено двумя обстоятельствами:

- наличием определенной массы звеньев;

- наличием ускорениякаждой материальной точки звена при его движении.

Силы инерции возникают во всех случаях движения звеньев кроме прямолинейного равномерного движения (ускорение равно 0).

Рассмотрим звено механизма как совокупность множества материальных точек. Звено вращается вокруг неподвижной оси (рис.5.1).

В общем случае каждая матери­альная точка звена при движении имеет нормальное и тангенциальное ускорение. Следо­вательно, на каждую материальную точку действуют по две элементар­ные силы инерции N _i и K _i. Таким образом, мы получаем произвольную пространственную систему элементарных сил инерции. Как известно из теоретической механики, произвольная пространственная система сил приводится к главному вектору и главному моменту.

Рис.5.1.

Примем за центр приведения центр масс звена. Тогда система элементарных сил инерции может быть приведена к:

- главному вектору сил инерции

где m - масса звена;

a _S - ускорение центра масс.

- главному моменту сил инерции

гдеe- угловое ускорение звена;

I _S- момент инерции звена относительно центра масс.

Знак " – " показывает, что главный вектор и главный момент сил инерции направлены противоположно соответствующим ускорениям.

К звеньям механизма приложены также силы тяжести звеньев. Они приложены в центрах масс звеньев. Величина и направление этих сил постоян­ны и не зависят от положения звеньев.

В результате действия на звенья механизма движущих сил, сил полезных сопротивлений, сил и моментов сил инерции, сил тяжести в кинематических парах возникают реакции. Они сами непосредственно не влияют на характер движения звеньев механизма. Однако они представляют для нас интерес потому, что от величины реакции зависит сила трения в кинематической паре. Как известно, работа сил трения переходит в тепло, что приводит к нагреву кинематических пар. (Например грение букс подвижного состава).

Сила (момент силы), приложенная к входному звену со стороны всех звеньев механизма, называется уравновешивающей силой (уравновешивающим моментом). Максимальная величина уравновешивающего момента является исходной для определения требуемой мощности двигателя.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какая сила называется движущей?

2. Какая сила называется силой полезного сопротивления?

3. Чем обусловлено существование сил инерции масс звеньев?

4. К чему приводится произвольная пространственная система элементарных сил инерции материальных точек звена при ее приведению к центру масс?

5. Почему необходимо знать величину реакций в кинематических парах?

6. Зависит ли сила тяжести звена от его положения?

7. Что называется уравновешивающей силой (уравновешивающим моментом)?